JP2005230459A - 三次元ディスプレイを用いた輻湊性調節対輻湊比の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 調節刺激である網膜像のデフォーカスによる調節応答を皆無にし、純粋に融像性輻湊による調節応答を捉え、融像性輻湊に基づく輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比を測定する方法を提供すること。
【解決手段】 三次元ディスプレイを用いて、両眼視差による立体呈示像を被検者に知覚せしめるとともにそのときの調節ステップ応答量を測定し、その値から立体像が呈示されている呈示面でのデフォーカスによる調節応答量を差し引いて融像性輻湊による調節量を算出し、その結果に基づいて輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比を得る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、三次元ディスプレイ上での両眼視差による立体像注視時の調節ステップ応答の測定によって、輻湊性調節対輻湊（convergent accommodation to convergence ，ＣＡ／Ｃ）比を測定する方法に関する。

人の近見反応には、調節と輻湊、縮瞳がある。特に、調節と輻湊は密接な関係にあり、調節によって生じる輻湊運動は調節性輻湊と呼ばれ、従来、調節性輻湊対調節（accommodative convergence to accommodation ，ＡＣ／Ａ）比で表されてきた。一方、輻湊によって生じる調節は輻湊性調節と称され、その関係は輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比で表される。ＣＡ／Ｃ比は、ＡＣ／Ａ比とならんでその重要さが指摘されており、たとえば斜視の原因解明や治療、近視の発症メカニズムや調節障害の発症機序の解明などに有用であると考えられている。

しかしながら、ＡＣ／Ａ比の測定が容易であるのに反して、ＣＡ／Ｃ比は、その測定が困難であるとされている。ＡＣ／Ａ比は、輻湊制御を開ループにして輻湊刺激を零にした上で、調節刺激に対して発動される輻湊量を得ればよい。そのためには、単に片目を遮蔽した後に他方の眼に調節刺激を与えて、そのときの遮蔽眼の眼球運動を計測する。処が、ＣＡ／Ｃ比の場合は、逆に調節刺激を零にして調節制御を開ループにした状態で輻湊刺激を与え、発動される融像性輻湊の単位輻湊当りの輻湊性調節量を測定しなければならない。そのためには、調節刺激である網膜像のデフォーカス（defocus）即ち像のぼけによる調節応答を皆無にし、純粋に融像性輻湊による調節応答を捉えなければならない。

網膜像のデフォーカスをなくす方法は、３つある。最も簡単な方法は、絶対暗黒中で輻湊を起こさせることであるが、これは固視目標の設定ができず実際上不可能である。他の２つは、ピンホール瞳孔を使う方法と、高空間周波数成分を除去し調節安静位にもっていく方法である。ピンホール瞳孔を使う方法においては、輻湊で生じる眼球運動に対して眼前に置かれたピンホールを瞳孔中心に追随させるのに特殊な装置が必要となるのみならず非常に煩雑で、ピンホールを通して調節を測定するのも困難である。高空間周波数成分を除去し調節安静位にもっていく方法には、明視衝動を起こさない非常にぼけた固視目標、たとえば０.２Ｈｚのガウス差分視標を用いるなどがあるが、明瞭な輻湊が生じているか否かが不明である（たとえば、非特許文献１参照）。
Tsuetaki,T. and Schor C.M.：Clinical method for measuring adaptation of tonic accommodation and convergence accommodation. American Journal of Optometry and Physiological Optics, ６４：４３７−４４９，１９８７．

ＣＡ／Ｃ比の測定が重要であるといわれているにも拘わらず、現在まで、測定手段が確立されていない理由は、先に述べたように、網膜像のデフォーカスによって生じる調節応答を除去することに困難さを伴うためでありまた、それを可能ならしめる手段を採る場合は、単一視する輻湊刺激が不明瞭となるためである。

本発明は、調節刺激である網膜像のデフォーカス即ち像のぼけによる調節応答を皆無にし、純粋に融像性輻湊による調節応答を捉えることを可能にする、融像性輻湊に基づく輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比を測定する手段およびそれに基づく、斜視の原因解明や治療、近視の発症メカニズムや調節障害の発症機序の解明などに有効な、輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比を測定する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、三次元ディスプレイを用いて、両眼視差による立体呈示像を被検者に知覚せしめるとともにそのときの調節ステップ応答量を測定し、その値から立体呈示像が呈示されている呈示面でのデフォーカスによる調節応答量を差し引いて融像性輻湊による調節量を算出し、その結果に基づいて輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比を算出するようにした三次元ディスプレイを用いた輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比の測定方法である。

本発明によれば、三次元ディスプレイを用いた両眼視差による立体像の知覚と調節ステップ応答を捉える測定を組み合わせて融像性輻湊に伴う輻湊性調節を測定することができ、精度高く輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比を測定することが可能となり、斜視の原因解明や治療、近視の発症メカニズムや調節障害の発症機序の解明などに資することができる。

発明者は、若し網膜像のデフォーカスによる調節応答量を定量化できれば、融像性輻湊に伴う調節応答量と網膜像のデフォーカスによる調節応答量を同時に測定し、そこから網膜像のデフォーカスによる調節応答量を減じることによって、調節刺激である網膜像のデフォーカス即ち像のぼけによる調節応答を皆無にし、純粋に融像性輻湊による調節応答を捉えることができることに着眼した。そこで本発明においては、融像性輻湊刺激を明確にするために、両眼視差による立体像を固視目標として与えて調節応答量を測定し、このときの調節応答量から視差のないときの調節応答量を減じることによって、融像性輻湊に基づく輻湊性調節量を得て輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比を算出するようにしている。

１.両眼視差による融像性輻湊に基づく調節応答量
両眼視差（以下、視差と称する。）を用いて立体像が知覚されるとき、両眼単一視による融像性輻湊に基づく輻湊性調節が誘起される。図１（ａ）に示すように、呈示像の視差が交差性に与えられれば、輻湊刺激は増強されより前方に立体像を知覚する。一方、図１（ｂ）に示すように、視差が同側性に与えられれば、輻湊刺激は開散方向への刺激となり、より減弱して後方に立体像を知覚する。従って、種々の視差量で立体像を知覚しているときの調節応答量を測定し、その値から呈示像が呈示されている呈示面でのデフォーカスによる調節応答量が差し引かれれば、輻湊刺激量に対する輻湊性調節量の比を計算することができる。

そこで、図２に示すように、立体像を知覚させる固視目標Ｔｎを近方に設置し、遠方には基準となる実視標（遠方視標）Ｔｆを設定して調節ステップ応答を測定した。図２（ａ）に示す、遠方視から近方視を行ったときの調節に加えて両眼視差による立体像Ｉ’を知覚する融像性輻湊に基づく調節応答量ＡＤ（diopter）から、図２（ｂ）に示す、遠方視から近方視を行ったときの呈示像に対するデフォーカスによる調節応答量ＢＤを差し引くこと（ＡＤ−ＢＤ）によって、視差に起因して生じる融像性輻湊に伴う調節量を得た。図２には、視差が交差性の場合を示しているが、視差が同側性の場合も同様に測定された。この実施例の方法によれば、立体像を知覚することで固視目標を単一視するための融像性輻湊が適切に誘起されたことの確認ができる。図２において、Ｉは呈示像、Ｉ’は知覚される立体像である。

２.調節ステップ応答の測定
図３に示すように、調節の測定には赤外線オプトメータＯｐｔ（ＡＲ３−ＳＶ６ニデック）を用い、１ｍの距離に遠方視標Ｔｆを、０.５ｍの距離に近方視標Ｔｎを設定し（調節刺激量：１Ｄ）、ハーフミラーＨｍを介して１０秒間毎に交互にトリガーをかけ、それぞれ４回ずつ呈示して右目の調節ステップ応答を測定した。測定は薄暮室で行い、遠近両視標のうち何れか一方は消灯していたので、遠近両視標が重複して視野内に存在することはなかった。赤外線オプトメータＯｐｔからのアナログ信号は、コンピュータ（ＰＣ−９８０１ＢＸ２、ＮＥＣ）に送られ、Ａ／Ｄボードによって８０ｍｓに１回の割合でデジタル信号に変換された。

３. 遠方視標と近方視標
遠方視標Ｔｆは、緑色の明発光体（３ｃｄ／ｍ^２）の上に黒色のスターバストをレトラーセットで作図して用いた（視角：１.７°）。パララックス・バリア方式三次元（３−Ｄ）ディスプレイ（ＴＨＤ−１０ＰＮ３，ＳＡＮＹＯ）上に中央部が視角：１°の円形の黒抜きとなっている視角：２°の白色の円図形（３ｃｄ／ｍ^２）を呈示し、背地にはモノクロームのランダム・ドットを用いた。ランダム・ドットは、コンピュータ上でAdobe Photoshop Ver.５.５によってノイズフィルター処理（ノイズ量：５００、分布法：均等分布）を施して作成し、その上に円図形を配置した。３−Ｄディスプレイは、画面サイズが１０.４インチ（２６４.１６ｍｍ）のＴＦＴ（thin film transistor）アクティブマトリックス方式による透過型ＴＮ（twisted nematic）液晶パネルで９２１，６００の画素をもつ。

４.測定系での非対称性輻湊運動
立体視標を固視するときの視線方向を、図４に示す。右眼の場合は、遠方視標Ｔｆ、近方視標Ｔｎの何れを固視したときも視標面に対して常に直交し、赤外線オプトメータＯｐｔの光軸とも一致して視線移動はなかった。左眼の視線方向は、本測定の前に行った立体像の融像確認時の肉眼的観察では、立体表示をしないときの視線に比較して、図４（ａ）に示す交差性の場合にはより内寄せ側に、逆に、図４（ｃ）に示す同側性の場合にはより外寄せ側に移動することが確認され、非対称性の輻湊運動を生じていた。図４（ｂ）に示すのは、視差を０°とした場合である。

５.両眼視差条件と輻湊刺激量
円図形の視差条件は、立体表示をしないときの視差０°を含めて７通りとした。輻湊刺激を増強する場合には、視差を交差性にとり＋０.５°、＋１.０°、＋１.５°と増強した。その結果、図５に示すように、知覚される立体像は３−Ｄディスプレイ面から近方に飛び出す前方像となった。輻湊刺激を減弱させる開散方向への刺激の場合には、視差を同側にとり−０.５°、−１.０°、−１.５°と減弱させた。その結果、図６に示すように、知覚される立体像は３−Ｄディスプレイ面から遠方に奥行きをもった後方像となった。瞳孔間距離を６０ｍｍとしたときに理論上知覚される立体像の位置と輻湊角は、視差＋０.５°では０.４７ｍ；１２.８Δ、視差＋１.０°では０.４４ｍｍ；１３.６Δ、視差＋１.５°では０.４１ｍ；１４.６Δであり、視差−０.５°では０.５４ｍ；１０.２Δ、視差−１.０°では０.５９ｍ；１０.２Δ、視差−１.５°では０.６４ｍ；９.４Δとなった。視差０°の場合は、０.５ｍ；１２.０Δである。

６.測定実施法と対象
図７に示すように、１０秒間ずつ４回の近方視標の呈示条件は−０.５°〜＋１.５°の７通りであったため、７例の対象を選択し、被検者毎に測定順番を違え測定の順序効果を相殺した。被検者には、遠方視標呈示に際してはスターバストの中心を、近方視標呈示の場合には円図形の中央を固視し、何れの視標の切り換えに対しても、即座に明視を行いかつ明視状態の保持を指示した。１つの呈示条件での測定には８０秒間を要し、各条件での測定の合間に５分間の休止を挟んだ。休止は赤外線オプトメータＯｐｔの顎台から頭部を外し、その場で座位姿勢のまま自然視の状態を保った。

対象には、屈折異常以外の眼科学的疾患および今回の実験に影響を与える可能性のある既往歴がなく、赤外線オプトメータＯｐｔの内部視標を用いた検査で、調節ステップ応答が良好な１９歳〜２２歳の女子学生７例を対象とした。事前検査におけるオートレフラクトメータ（ＡＲ−１１００、ニデック）による他覚的屈折度は、表１に示すように、＋０.０７Ｄ〜−１.１６Ｄであり、乱視度数は−０.０５Ｄ〜−１.６０Ｄであった。自覚的視力検査においては何れも裸眼視力値１.０以上であり、放射状の乱視表でも濃淡は自覚されなかった。全ての被検者は、Titmus Fly Test で立体像を認め、実験に使用した立体像を何れの両眼視差条件でも複視を生じることなく明瞭に認識できた。

７.調節応答波形の解析法
記録された.調節ステップ応答の解析は、図８に示すように、遠方視標である実視標を注視しているときの調節応答位置に対して、近方視標である立体視標を注視しているときの調節応答の位置の差である調節応答量（Δｄ；Ｄ）を計算することによって行った。両調節応答位置は、視標の切換えから５秒間が経過し、遠近視標の切換わりによるダイナミックな調節応答の影響がなくかつ、立体像の知覚が確実に成立したと考えられるそれぞれ後半５秒間の平均を採った。各条件において４波形が得られるので、波形毎に調節応答量を計測し４データの平均値を算出した。また、ステップ応答全体の傾向を観察するために、測定された波形の平均波形を算出した。視差条件毎に得られる平均波形は、１条件について、４波形／例×７例の合計２８波形の平均をとった。

８. 輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比の演算算出
横軸に与えた輻湊刺激量（Δ）を、縦軸に調節応答量の差（Ｄ）をとり、各値をプロットし一次回帰直線を当てはめて、その直線の傾きを輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比（Δ／Ｄ）とした。具体的には、輻湊刺激量（Δ）は先に述べた、両眼視差条件と輻湊刺激量の関係を求める方法で計算された各視差に応じた輻湊角から、５０ｃｍでの輻湊角（１２Δ）を減じた値とした。従って、輻湊刺激量は、輻湊刺激を強めた場合には＋値となり、開散方向に輻湊刺激を弱めた場合には−の値となった。調節応答量の差は、各視差条件での調節応答量から、視差０°のときの調節応答量を減じた値とした。

図９（ａ）〜（ｇ）に、各呈示条件における平均波形を示す。調節応答量は、視差−１.５°〜＋１.５°までそれぞれ０.６２±０.１７Ｄ、０.６７±０.１Ｄ、０.７３±０.１１Ｄ、０.８４±０.１Ｄ、０.９４±０.１４Ｄ、１.１２±０.１９Ｄ、１.３２±０.２２Ｄであった。平均波形上では、視差０°（図９（ｄ））と比較して、視差を同側性にとって輻湊刺激を開散方向に減弱した場合には過小となり、交差性に輻湊刺激を増強した場合には過大な調節応答波形が得られた。

図１０に、与えた輻湊刺激量と調節応答量の差を示す。右側半分のグラフは、視差を交差性にとり輻湊刺激を増強させた場合の結果であり、左側半分のグラフは、視差を同側性にとって輻湊刺激を減弱させた場合の結果である。一次回帰直線は、前者の場合がｙ＝０.２０２１ｘ−０.０５３（Ｒ＝０.７０６，Ｐ＝０.００４）となり、後者の場合はｙ＝０.０６３９ｘ−０.０５３（Ｒ＝０.４４４，Ｐ＝０.０４４）となった。また、各例における一次回帰式を表２に示す。

これら一次式の傾きから、輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比は、輻湊刺激を増強させた場合には０.２０２１Ｄ／Δであり、開散方向に輻湊刺激を減弱させた場合には０.０６３９Ｄ／Δであった。

本発明の三次元ディスプレイを用いた輻湊性調節対輻湊比の測定方法が、従来の方法と大きく異なる点は、１つは輻湊刺激を簡便に与えることができることおよび明瞭な融像性輻湊が生じていることを立体像の知覚で知ることができる点であり、２つ目は、両眼視差を増加させれば従来法におけると同様に輻湊刺激を増強させることができるとともに、両眼視差を減少させることによって輻湊刺激を減じて開散方向の輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比を同時に算出できる点である。これは、本発明の発明者によって初めて知見された。

上記実施例の結果、開散方向の輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比は０.０６３９Ｄ／Δであり、輻湊方向のＣＡ／Ｃ比は０.２０２１Ｄ／Δに比しかなり小さな値となった。輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比の測定方法は種々あり基準となる値がまちまちであるが、加齢によって減少するという事実は確かなようであり、調節や輻湊順応の影響も受け視覚生理機能の変化を忠実に反映している。従って、開散方向に減弱した場合の輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比と、輻湊を増強した場合のＣＡ／Ｃ比が異なることは、遠方視をしたときと近方視を行ったときの、輻湊制御系と調節制御系の相互関係は、異なる相互関係で成立していることも証明できる。

以上のように、三次元ディスプレイを用いた両眼視差による立体像の知覚と調節ステップ応答を捉える測定を組み合わせることは、融像性輻湊に伴う輻湊性調節を測定するのに有効であると考えられる。また、上記実施例においては、各輻湊刺激を単独に７回に分けて測定したが、調節ステップ応答の近方刺激条件に視差−１.５°〜＋１.５°を連続して順次組み入れれば、近方視標呈示時間が１０秒間／回×７回＝７０秒間、遠方視標呈示時間が１０秒間／回×７回＝７０秒間の合計１４０秒間で全ての測定が完了する。

本発明の実施例においては調節ステップ応答の測定に赤外線オプトメータを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他覚的に調節の波形を測定ができる手段たとえばビデオレフラクション法等何れの方法でも用いることができる。

また、本発明の実施例においては近方視標を０.５ｍに設定したが、これは上記実施例で使用した両眼視差による立体像を知覚させるためのパララックス・バリア方式三次元ディスプレイが０.５ｍのみ使用可能であったためであり、本発明はこれに限定されるものではなく、両眼視差による立体像の知覚が可能な装置であれば、被検者の調節域内の何れに近方視標として立体像知覚システムを設定してもよい。遠方視標は、調節域内で相対的に近方視標よりも遠方に設定しなければならない。

本発明の実施例においてはパララックス・バリア方式の立体像呈示システムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、両眼視差方式を使用する立体像提示法なら何れの方式でも用いることができる。

本発明の両眼視差による立体像の知覚の態様を示す模式図であり、（ａ）は両眼視差を交差性にとって輻湊刺激が増強される場合、（ｂ）は両眼視差を同側にとって輻湊刺激が減弱される場合を示す。 本発明の一実施例に係る、立体像を知覚させる固視目標Ｔｎを近方に設置し、遠方には基準となる実視標（遠方視標）Ｔｆを設定して調節ステップ応答を測定する方法を示す模式図であり、（ａ）は遠方視から近方視を行ったときの調節に加えて両眼視差による立体像Ｉ’を知覚する融像性輻湊に基づく調節応答量（ＡＤ）を測定するときの態様、（ｂ）は遠方視から近方視を行ったときの呈示像に対するデフォーカスによる調節応答量（ＢＤ）を測定するときの態様を示す。 本発明の一実施例に係る、調節ステップ応答の測定システムを示す斜視図 本発明の一実施例に係る、視標呈示に伴う視線移動の模様を示す模式図 本発明の一実施例に係る、刺激を増強させた場合の、瞳孔間距離を６０ｍｍとしたときに知覚される立体像の位置と輻湊角の関係を示す模式図 本発明の一実施例に係る、刺激を減弱させた場合の、瞳孔間距離を６０ｍｍとしたときに知覚される立体像の位置と輻湊角の関係を示す模式図 本発明の一実施例に係る、本発明の一実施例に係る、調節ステップ刺激呈示条件を示すグラフ 本発明の一実施例に係る、得られた調節ステップ応答波形解析法を示す模式図 本発明の一実施例に係る、各視差・輻湊刺激条件下での立体像注視時の平均調節応答波形を示すグラフであって、（ａ）視差，輻湊角：−１.５°，９．４Δ、（ｂ）視差，輻湊角：−１.０°，１０．２Δ、（ｃ）視差，輻湊角：−０.５°，１１．１Δ、（ｄ）視差，輻湊角：０°，１２Δ、（ｅ）視差，輻湊角：＋０.５°，１２．８Δ、（ｆ）視差，輻湊角：＋１.０°，１３．６Δ、（ｇ）視差，輻湊角：＋１.５°，１４．６Δの場合を示す 本発明の一実施例に係る、輻湊刺激量に対する調節応答量の差を示すグラフ

符号の説明

Ｉ 呈示像
Ｉ’ 知覚される立体像
Ｔｆ 遠方の固視目標（遠方視標）
Ｔｎ 近方の固視目標（近方視標）
Ｈｍ ハーフミラー
Ｏｐｔ 赤外線オプトメータ
Ｄｍ ダイクロイックミラー
Ｉ’’ 立体として知覚される後方像
Ｄ 調節応答量

Claims (1)

1. 三次元ディスプレイを用いて、両眼視差による立体呈示像を被検者に知覚せしめるとともにそのときの調節ステップ応答量を測定し、その値から立体呈示像が呈示されている呈示面でのデフォーカスによる調節応答量を差し引いて融像性輻湊による調節量を算出し、その結果に基づいて輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比を算出するようにしたことを特徴とする三次元ディスプレイを用いた輻湊性調節対輻湊（ＣＡ／Ｃ）比の測定方法。
   

Images